JP7106305B2 - 構真柱および免震建物 - Google Patents

Description

本発明は、逆打ち工法に係り、特に逆打ち工法に用いられる構真柱、およびこの構真柱を用いた免震建物に関する。

逆打ち工法は、地下階と地上階の工事を同時並行して行う施工法で、地下階を有する高層建物の工期短縮を図るのに有効な工法として知られている。逆打ち工法を実施する場合、一般的には、まず、地中にケーシングを打ち込んで掘削した杭穴に、建物本体の鉄骨柱、あるいはＲＣ柱の芯材となる構真柱を仮設の柱として建て込んだ後、コンクリートを打設して杭を構築する。

次に、構真柱の上部において１階の梁・床を先行して構築し、これを構台（施工床）として地下階部分を掘削しつつ、地下１階から順次下方に向かって掘削と躯体の構築を繰り返し行う。基礎の床付レベルまで掘削した後、基礎の配筋とコンクリート打設を行い、地下躯体が完成する。これらの作業を地下で行いながら、同時に地上階の建て方工事を行うことで、地下階の工事を終えてから地上階の建て方工事を行なう従来の工法（順打ち）に比べ、工期を大幅に短縮することができる。

一方で、逆打ち工法を実施する場合、先行して構築される地上階の躯体の荷重を構真柱に支持させながら地下躯体を下方に向かって構築する。このため、建物の免震化には不向きであるとされてきた。そうした中、特許文献１や特許文献２に開示されているように、逆打ち工法を実施する場合であっても、地下階の躯体を構成する構真柱に免震装置を設置し、免震建物を構築する工法が提案されている。特許文献１には、地下躯体の基礎と基礎梁の間に仮設ジャッキを配置し、仮設ジャッキにより構真柱にかかる軸力（構築されている建物の重量）を仮受けし、構真柱を切断して免震装置を配置するという工法が開示されている。

また、特許文献２には、基礎に埋設される下半部と、地下階の本設柱を構成することとなる上半部との間に円形断面を有する鋼管を配置する構成の構真柱を採用することが開示されている。特許文献２に開示されている構真柱の鋼管には側面に、免震装置を挿入可能な開口部が設けられている。そして、地下躯体を構築した後に、開口部から鋼管内に免震装置を挿入し、免震装置と上半部、あるいは下半部の間の隙間をグラウト材で埋める。グラウト材が硬化した後、鋼管の側壁（開口部以外の箇所）を切断し、構真柱にかかる軸力を免震装置へ受け替えさせるということが開示されている。

確かに、特許文献１、２に開示されている工法によれば、逆打ち工法を実施する上でも、構真柱に免震装置を設置し、免震建物を構築することが可能となる。しかし、いずれの文献に開示されている工法も、構真柱の一部や鋼管部分を切断し、構真柱が負担している荷重を免震装置に受け替える必要がある。このため、狭隘な空間でのジャッキ設置や構真柱の切断作業に手間や時間がかかると共に、荷重の受け替えに伴う沈下のリスクを負うこととなる。

これに対し、特許文献３には、下半部と上半部との間に予め免震装置を配置した構真柱を用いて逆打ち工法を実施することが提案されている。先に免震装置を仕込んだ構真柱を埋設することで、上記のような問題が解消され、逆打ち工法で免震建物を安全に構築することが可能となる。

特許第３６４８６５１号公報 特許第３６３７９４５号公報 特開平１１－３００５３号公報

特許文献３に開示されているような構成の構真柱を用いることで、免震装置の後付けに伴う作業が必要なくなるため、設置工事の簡略化を図ることができると考えられる。しかし、特許文献３の構真柱は、段落［００１６］に記載されているように断面形状については問われておらず、免震装置により隔てられる下半部と上半部を構成する柱材に同じ部材を用いた例しかない。構真柱には、一般的に開断面のクロスＨ形鋼（Ｈ形断面の鋼材を２方向に組合わせた部材）が用いられるが、柱材を開断面の鉄骨材にすると大きな軸力を負担できないため、階の途中に座屈止めを設けたり、１工程（サイクル）で掘れる深さが浅くなり、工程数が増加して現場での作業も増える。大きな軸耐力を有するプレキャストコンクリート構真柱も開発されているが、高軸力が作用する高層建物では、その重量が大きくなるため、クレーンによる構真柱の揚重や、地中への埋設作業が困難となる。

そこで本発明では、上記問題を解決する免震装置を備えた構真柱であって、高軸力の負担が可能で、かつ重量の増加を抑える事のできる構真柱、および、この構真柱を用いた免震建物を提供することを目的とする。

上記目的を達成するための本発明に係る構真柱は、逆打ち工法で用いられる構真柱であって、地下階の本設柱を構成する閉断面を有する上半部と、基礎以深に埋設される開断面を有する下半部とを備え、前記上半部と前記下半部の間に免震装置を介装したことを特徴とする。このように、本設の躯体柱部分を中実断面部材とし、基礎や杭に埋設される部分を開断面部材で構成することで、揚重時のクレーンの負荷の増加を抑えつつ、高軸力を負担できる柱を合理的に構築することができる。

また、上記のような特徴を有する構真柱において、前記上半部は、下端にベースプレートを備えた鋼管柱で構成され、前記下半部は、上端にベースプレートを備えたクロスＨ形鋼柱で構成され、前記上半部には、設置後にコンクリートが充填される。このような特徴を有することによれば、上半部が負担する軸力を、免震装置を介して下半部へ、効率的に伝達することが可能となる。また、上半部は、揚重時には、その重量を抑制しつつ、設置後にコンクリートが充填されることで、軸力に対する耐性を高めることができる。

また、上記のような特徴を有する構真柱において、前記下半部に接合されたベースプレートは、前記上半部に接合されたベースプレートより厚くなるように構成されている。これによって、ベースプレート内での軸力分散効果が大きくなり、下半部の支承面積（断面積）を上半部に比べて小さくしても、下半部への軸力（応力）の伝達を円滑に行うことができる。その結果、下半部の鋼材量を減らすことができ、コストダウンにつながることとなる。

また、本発明に係る免震建物は、上記いずれかの構真柱を、エレベータが集中して配置されるコア部分に適用したことを特徴とする。これにより、エレベータが免震層を通過することがないため、レールや支持部材を地震時変形に追従させるような特殊な仕組みが必要ない。

上記のような特徴を有する構真柱によれば、超高層建物を地下で免震構造にする場合でも、逆打ち工法で合理的に構築することができる。

実施形態に係る構真柱の構成を示す図である。 実施形態に係る構真柱を用いて免震建物を構築する際の様子を示す図であり、構真柱を埋設した状態を示す図である。 構真柱を埋設する工程を説明するための図である。 実施形態に係る構真柱を用いて免震建物を構築する際の様子を示す図であり、構真柱の上部に構台を設置した状態を示す図である。 実施形態に係る構真柱を用いて免震建物を構築する際の様子を示す図であり、地下部の掘削を終え、地下階の躯体と地上階の躯体の構築を進めた状態を示す図である。 構真柱に仮固定部材を配置した状態を示す図である。

以下、本発明の構真柱、および免震建物に係る実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の実施形態に示す形態は、本発明を実施する上で好適な形態の一部であり、各要素の形態や構成部材については、その特性を逸脱しない限りにおいて、適宜変更することができる。

まず、図１を参照して、本発明に係る構真柱の構成について説明する。なお、図１（Ａ）は、構真柱の側面形態を示す図であり、同図（Ｂ）は、上半部の平面形態を示す図である。また、同図（Ｃ）は、免震装置の平面形態を示す図であり、同図（Ｄ）は、下半部の平面形態を示す図である。

［構真柱の構造］
本実施形態に係る構真柱１０は、上半部１２と下半部１６、および免震装置１４を有する。上半部１２は、地下階の本設柱を構成する要素であり、閉断面を有する部材により構成されている。具体的には、鋼管柱とすることができる。構真柱１０の上半部１２を構成する柱材をこのような部材とし、設置後にコンクリートを充填する構成とすることで、構真柱１０を埋設し、地下階を掘削した後に柱の打ち替えを行う事なく本設柱を構成することが可能となる。また、揚重時の重量を抑制しつつ、設置後には、軸力に対する耐性を高めることができる。

このような構成の上半部１２には、その下端部に、ベースプレート１２ａが備えられている。ベースプレート１２ａは、平面形状が免震装置１４を構成する上部プレート１４ａと一致、あるいは近似する形態となるように構成されている。このような構成とすることで、本設柱が負担する軸力を効率的に免震装置１４に支承させることが可能となる。

下半部１６は、基礎と、この基礎に埋設される杭（ケーシング２０内にコンクリート２２を充填して構成されるもの（図２参照））の中（基礎以深）に埋設される要素であり、開断面を有する部材により構成されている。具体的には、クロスＨ形鋼柱などを挙げることができる。構真柱１０の下半部１６を構成する柱材をこのような構成とすることで、構真柱１０全体としての重量を低減（抑制）することができる。このため、逆打ち工法を実施する際、構真柱１０を吊下した状態で揚重し、ケーシング２０内に装填、埋設することが可能となる。

このような構成の下半部１６には、その上端部に、ベースプレート１６ａが備えられている。ベースプレート１６ａは、平面形状が免震装置１４を構成する下部プレート１４ｃと一致、あるいは近似する形態となるように構成されている。このような構成とすることで、免震装置１４を介して伝達される本設柱（上半部１２）が負担する軸力を効率的に下半部１６に伝達し、これを支承させることが可能となる。

免震装置１４は、上半部１２と下半部１６との間における振動の縁切りを担う要素であり、少なくとも水平方向に対する振動を縁切りすることができる要素であると良い。具体的には、積層ゴム型構造体や、すべり支承構造体、および転がり支承構造体などを挙げることができる。例えば、図１に示す例の免震装置１４は、積層ゴム型構造体であり、上部プレート１４ａと下部プレート１４ｃの間に積層ゴム１４ｂが備えられている。

上半部１２と下半部１６の間に免震装置１４が備えられる事により、上半部１２と下半部１６の断面形状やサイズが異なる場合であっても、大きな軸力の伝達を成すための緩衝領域の役割を、免震装置１４に担わせることができる。

また、本実施形態の構真柱１０では、上半部１２のベースプレート１２ａよりも下半部１６のベースプレート１６ａの方が、その厚みが厚くなるように構成している。このような構成とすることで、ベースプレート１６ａ内での軸力分散効果が大きくなり、下半部１６を構成する開断面部材の支承面の面積（断面積）が、上半部１２を構成する部材、あるいは免震装置１４の下部プレート１４ｃに比べて大幅に小さい場合であっても、下半部１６への軸力（応力）の伝達を円滑に行うことができる。また、応力集中に伴い、免震装置１４の下部プレート１４ｃにダメージを与える虞も無い。

［作用、効果］
このような構成の構真柱１０によれば、柱に免震装置１４が介装されているため、構真柱１０設置後に免震装置１４を設置する必要が無い。また、上半部は、地下躯体の本設柱として構成可能な柱材により構成しているため、地下階を掘削した後に、柱材の打ち替えを行う必要もない。さらに、下半部１６は、開断面の鉄骨により構成しているため、構真柱１０全体としての軽量化を図ることができる。これにより、構真柱１０の埋設作業が容易となる。

また、上半部１２と下半部１６の間に免震装置１４を介在させている事により、両者間における軸力の伝達を効率的に行うことが可能となる。

［免震建物への適用例］
次に、上記のような構成の構真柱を採用した免震建物について、図２から図５を参照して説明する。本実施形態に係る免震建物は、高層建物を構築するにあたり、エレベータが集中して配置されるコア部分に、上述した構真柱１０を配置するというものである。地下階を有する高層建物において、エレベータシャフトは、地下階の躯体３２から、地上階の躯体３０の上部まで延設される空間である。このため、地下階と地上階との境界部に免震装置を配置した場合には、地震発生時に、地下階の躯体３２と地上階の躯体３０との間に位相のズレが生じ、エレベータシャフトに歪みが生ずる虞がある。このため、エレベータを構成するレールや支持部材には、地震発生時のエレベータシャフトの変形に追従させるような特殊な仕組みが必要となる。

本実施形態のように、エレベータシャフトの下端となる部分に免震装置１４を配置することで、エレベータシャフトは、地上階の躯体と同様に免震効果を得ることができ、地震発生時のダメージを軽減することができる。よって、上記のような特殊な仕組みも必要なくなる。

このような構成の免震建物は、逆打ち工法を採用して構築する場合、例えば次のように上記実施形態に係る構真柱を適用すれば良い。まず、図２に示すように、地中に構真柱１０を埋設する。構真柱１０の埋設は、通常の逆打ち工法と同様に行うことができる。具体的には、図３（Ａ）に示すように、ケーシング２０を地中に打ち込み、内部を掘削する。次に、図３（Ｂ）に示すように、図示しない鉄筋を配してケーシング２０内にコンクリート２２を充填した杭穴に構真中１０を挿入し、コンクリート２２の硬化を待つ（図３（Ｃ））。コンクリート２２が硬化した後、構真柱１０の座屈を防止するため、図３（Ｄ）に示すように、ケーシング２０内を埋め戻す。

ここで、図２中破線Ａで示すコア部以外の部位に埋設する構真柱１０ａは、免震装置１４を備えない通常の構真柱とすれば良い。

次に、図４に示すように、構真柱１０，１０ａの上部に、１階部分の床を構成する梁、床面を構築し、構台２４を構成する。ここで、コア部以外の部位に埋設した構真柱１０ａの上端（地上階の躯体との境界部分）には、免震装置１４を配置し、構台２４は、免震装置１４の上部に位置するように構成する。構台２４を構成した後、地上階の躯体３０の構築を進めると共に、地下階の躯体３２を構築するための掘削作業を行う。

地下階の掘削作業は、図５に示すように、構真柱１０に設けられた免震装置１４が露出し、下半部１６が基礎に埋設された状態となるように行われ、免震装置１４の上部にコアとなる躯体３２ａを構築する。このような方法で免震建物４０を構築する場合、構真柱１０を構成する下半部１６と上半部１２の間に配置した免震装置１４に対し、図６に示すような仮固定部材１８を設置した状態で、構真柱１０の埋設を行うと良い。

仮固定部材１８は、下半部１６と上半部１２が水平方向に相対的にズレる事を防止すると共に、構真柱１０を吊下した際、自重、および下半部１２の重量により、免震装置１４が垂直方向に延びる事を防止する役割を担う。このため、仮固定部材１８を備えることで、実施形態に係る構真柱１０を吊下した状態で揚重し、ケーシング２０内に挿入したとしても、上半部１２と下半部１６にズレが生じたり、免震装置１４に引っ張り荷重が加わる事による悪影響が生じる虞が無い。

上記実施形態に係る構真柱１０を用いて逆打ち工法を実施し、免震建物４０を構築することによれば、構真柱１０の荷重の受け替え等が不要となり、免震装置１４の設置を容易化することができる。また、免震装置１４に軸力が負荷された状態で工事が進むため、荷重を受け替える方法に比べてゴム部の圧縮に伴う急激な沈下のリスクが少ない。

１０，１０ａ………構真柱、１２………上半部、１２ａ………ベースプレート、１４………免震装置、１４ａ………上部プレート、１４ｂ………積層ゴム、１４ｃ………下部プレート、１６………下半部、１６ａ………ベースプレート、１８………仮固定部材、２０………ケーシング、２２………コンクリート、２４………構台、３０………躯体、３２………躯体、３２ａ………躯体、４０………免震建物。

Claims (3)

1. 逆打ち工法で用いられる構真柱であって、
   下端にベースプレートを備え、地下階の本設柱を構成する閉断面部材の上半部と、
   上端にベースプレートを備え、基礎以深に埋設される開断面部材の下半部とを備え、
   前記上半部と前記下半部の間に免震装置を介装し、
   前記下半部に接合されたベースプレートは、前記上半部に接合されたベースプレートより厚いことを特徴とする構真柱。
2. 前記上半部は、鋼管柱で構成され、
   前記下半部は、クロスＨ形鋼柱で構成され、
   前記上半部には、設置後にコンクリートが充填されることを特徴とする請求項１に記載の構真柱。
3. 請求項１または２に記載の構真柱を用いて逆打ち工法で構築されたことを特徴とする免震建物。

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